Tutti i corpi, sia quelli che si trovano in natura sia quelli fatti dall'uomo, che non hanno una temperatura di zero gradi, emettono radiazioni elettromagnetiche su molte lunghezze d'onda. Piu' un oggetto e' caldo, piu' radiazioni infrarosse emette come risultato dell'agitazione termica delle sue molecole (o atomi). La distribuzione spettrale, o lunghezza d'onda, dipende dalla natura del corpo (si tratta della sua relativa efficacia in qualita' di radiatore, chiamata emissivita') e dalla sua temperatura. I colori scuri e le superfici opache generalmente hanno un'alta emissivita' ed irradiano con maggiore efficacia. I colori chiari e le superfici lucide hanno un'emissivita' bassa ed irradiano in modo meno efficace.

L'occhio umano puo' rilevare la radiazione elettromagnetica solo all'interno di una banda limitata di lunghezze d'onda, chiamata spettro visibile.

L'occhio umano e' per lo piu' cieco di fronte all'energia al di sotto degli 0.4 micrometri e al di sopra degli 0.7 micrometri.

La regione infrarossa dello spettro elettromagnetico contiene lunghezze d'onda comprese tra gli 0.7 micrometri ed 1 mm., invisibili all'occhio nudo.

I dispositivi moderni per la termo immagine operano sia nel medio infrarosso (da 3 a 5 micrometri) sia nel lontano infrarosso (da 8 a 12 micrometri). Rivelando l'energia infrarossa emessa dagli oggetti, le termocamere generano un'immagine in tempo reale (che fornisce una traccia termica della scena). Misurando le piccole differenze di temperatura relativa, invisibili campioni di calore sono convertiti dalla termocamera in immagini chiare e visibili all'occhio umano.

Le termocamere sono solitamente molto sensibili e possono rilevare variazioni di temperatura inferiori a 0.1 gradi Celsius.

La termocamera e' dotata di ottica per mettere a fuoco l'energia infrarossa emessa dagli oggetti e rilevata da un detector IR. I dati IR provenienti da ogni elemento rilevato, vengono convertiti in un formato video standard, in modo che l'immagine possa essere riprodotta su un video standard o registrata su nastro.

Dal momento che una termocamera percepisce il calore e non la luce, puo' essere usata sia di giorno che di notte. Le termocamere sono strumenti totalmente passivi.Non c'e' emissione di luce o di energia RF per rivelare la posizione dell'obiettivo.

Ci sono due tipi di detector IR: i photon detector e i thermal detector. I photon detector producono una risposta elettrica come diretto risultato del loro assorbimento di energia IR. I thermal detector producono una risposta elettrica grazie al fatto che rivelano un cambiamento di temperatura come risultato dell'assorbimento di energia IR.

I photon detector possono essere molto sensibili; naturalmente, la sensibilita' dipende dalla loro temperatura. E' necessario raffreddare i detector per mantenere un alto livello di sensibilita'. Le termocamere raffreddate generalmente usano sia raffreddatori Stirling sia al nitrogeno liquido.

I thermal detector non sono sensibili come i photon detector. La loro performance e' buona a temperatura ambiente e non hanno bisogno del raffreddamento.

Lo sviluppo della termo immagine

Sebbene i tedeschi siano stati i primi a cominciare le ricerche nel campo della termo immagine, negli anni '40, i primi sistemi a termo immagine furono realizzati negli Stati Uniti dalla Texas Instruments nei tardi anni '50. Furono usati specchi oscillanti per "leggere" in continuazione una scena. Le immagini lette (scansite), furono poi inviate a rivelatori fissi. Il disturbo elettrico creava problemi nei primi sistemi e l'immagine risultava poco chiara.

Nel 1964 si ebbe la prima grande scoperta tecnologica che porto' alla realizzazione di un sistema ad infrarossi forward-looking (FLIR), raffreddato, per l'esercito degli Stati Uniti. Il raffreddamento dei rilevatori IR a 160 gradi Celsius minimizza il disturbo elettrico e accresce la sensibilita'. Il risultato e' un'immagine piu' chiara. La ricerca continuo' e nel 1972 gli ingegneri della Texas Instruments progettarono il sistema modulo comune FLIR (raffreddato).

La tecnologia della termo immagine non raffreddata fu progettata e presentata all'esercito degli Stati Uniti nel 1978. L'eliminazione della necessita' di raffreddare il sistema, fu una grande scoperta e diede ai dispositivi per la termo immagine maggiore affidabilita' e maggiore durata. Furono ampiamente ridotti anche i costi e la complessita' dei sistemi per la termo immagine.

La continua ricerca porto' anche ad una riduzione delle dimensioni dei sistemi che divennero piu' maneggevoli e portatili. A meta' degli anni '80 i primi cannocchiali per arma non raffreddati e funzionanti con batterie, furono realizzati per l'esercito all'interno del Short Range Thermal Sight (SRTS) Program. Nel 1992, il prototipo del sistema con sensore non raffreddato (LOCUSP), un sensore per sorveglianza ed un cannocchiale per arma a batteria, furono messi alla prova con successo.

Nel 1993 i primi prototipi, commerciali, di sistemi a termo immagine non raffreddati furono immessi con successo sul mercato.

Nel 1995 la Texas Instruments (ora parte della Raytheon) introdusse con successo sul mercato la prima famiglia di prodotti NightSight per la termo immagine non raffreddati ed inizio' le distribuzioni a numerosi clienti.L'introduzione dei sensori NightSight, con i loro bassi costi, rese possibile, per la prima volta, la distribuzione dei sistemi a termo immagine a molte agenzie di sicurezza.

La linea di prodotti NightSight ora include la termocamera "Serie 200" mobile o fissa, il portatile "PalmIR 250", il cannocchiale compatto per arma "W1000" e il "Driver's Vision Enhancer", ora installato sul Bradley Fighting Vehicle.

I prodotti commerciali NightSight, compreso il cannocchiale "W1000", sono attualmente i dispositivi a termo immagine piu' economici.

Quando si parla di costi e' importante ricordare che, sebbene tutti i sistemi a termo immagine siano dispositivi IR, non tutti i dispositivi IR sono sistemi a termo immagine.

Alcuni commercianti poco corretti, vendono tecnologia obsoleta di Gen. 0 ("Snooperscope" della guerra di Corea) come "dispositivi IR", facendo intendere che si tratta di sistemi a termo immagine. I dispositivi della Gen. 0 sono strumenti che necessitano di illuminazione IR supplementare per aumentare l'energia luminosa disponibile.

I sistemi a termo immagine aiutano l'occhio umano a vedere meglio alla luce del giorno, durante la notte ed in quasi tutte le condizioni atmosferiche. Le termocamere, non solo permettono di vedere nel buio totale, ma consentono anche di individuare oggetti od obiettivi, come uomini, animali e veicoli in qualsiasi condizione luminosa.

Le termocamere, dal momento che percepiscono il calore, hanno un campo di applicazioni piu' vasto dei dispositivi ad intensificazione di luce notturna.

I dispositivi ad intensificazione di luce notturna operano amplificando migliaia di volte la luce ambientale con lo scopo di creare un'immagine ripresa apparentemente alla luce del giorno. La luce ambientale e' inviata attraverso un fotocatodo, un sottile pezzo di vetro che emette elettroni quando colpito dalla luce (fotoni).
Gli elettroni vengono elettricamente amplificati in un tubo vuoto. Gli elettroni amplificati vanno a colpire uno schermo al fosforo che li converte nuovamente in energia luminosa. Lo schermo al fosforo da alle immagine il loro tipico colore verde.

Dal momento che i dispositivi ad intensificazione di luce notturna fanno affidamento sull'amplificazione della luce ambientale disponibile, spesso non sono efficaci in condizioni di luce molto scarsa se non viene utilizzata un'illuminazione IR supplementare.

Il livello di luce richiesto e' in funzione della tecnologia del sistema ad intensificazione di luce notturna impiegata.

1.	Obiettivo anteriore.
2.	Fotocatodo.
3.	Piastra a microcanali (fibre ottiche).
4.	Gruppo alimentazione ad alto voltaggio.
5.	Schermo a fosfori verdi.
6.	Oculare.
7.	Tubo intensificatore.

L'efficacia dell'illuminazione IR supplementare dipende dalla sensibilita' del dispositivo intensificatore, dalla riflettivita' ambientale dell'oggetto osservato e dalla potenza dell'illuminatore IR.

La tecnologia dell'intensificazione d'immagine si e' evoluta attraverso tre generazioni: Gen. 1ª, 2ª, 3ª. La sensibilita' (capacita' di operare efficacemente in condizioni di scarsa luce) e la durata del tubo intensificatore d'immagine, aumentano sostanzialmente ad ogni generazione.

Lo "starlight scope", familiare a molti veterani del Vietnam, era un dispositivo di 1ª generazione. I dispositivi di 1ª Gen. utilizzano un tubo intensificatore d'immagine che consiste in un tubo, ad immagine singola o su tre livelli, che amplifica le deboli immagini catturate accelerando gli elettroni. Sviluppata nei primi anni '60, la tecnologia di 1ª Gen. e' oramai obsoleta negli Stati Uniti, sebbene molti dispositivi di 1ª Gen. siano ora importati dall'ex blocco dell'est e messi in commercio. La 1ª Gen. offre un'alta risoluzione ma e' facilmente soggetta ad abbagli e lampi quando incontra forti sorgenti di luce; ha problemi anche con la distorsione delle immagini e con la scarsa durata dei tubi; non ha la capacita' di raccolta di luce che e' invece propria delle generazioni successive.

I dispositivi di 2ª e 3ª Gen. incorporano un disco a microcanali (MCP) nel tubo intensificatore. Un MCP e' un piccolo disco di vetro ricoperto di metallo con una miriade di fori (o canali) che presentano caratteristiche secondarie di emissione; quando vengono colpiti da un solo elettrone ne emettono tanti. In un MCP ci sono generalmente tra i due e i sei milioni di fori. Il numero di fori determina la risoluzione. L'introduzione dell'MCP ha rivoluzionato i dispositivi ad intensificazione di luce notturna. Gli intensificatori MCP procurano una maggiore amplificazione della luce ed un'immagine piu' chiara, senza la distorsione apportata dai dispositivi di 1ª Generazione.

La tecnologia della 3ª Gen. raggiunge attualmente il piu' alto livello di tecnologia per la visione notturna e procura un'immagine eccellente in qualsiasi condizione ambientale. Gli intensificatori d'immagine di 3ª Gen. sono caratterizzati da un fotocatodo al Gallium Arsenide (GaAs), che procura la massima sensibilita', e da una barriera protettiva di ioni che aumenta in modo significativo la durata del tubo. La sensibilita' fornita dal fotocatodo GaAs si estende alla regione del vicino infrarosso dove sono maggiori l'illuminazione del cielo notturno ed i contrasti.

I dispositivi ad intensificazione di luce notturna richiedono un certo livello di contrasto visivo per distinguere gli oggetti, anche con la luce adeguata. Gli oggetti di colore simile possono confondersi o non essere distinguibili se visti attraverso un dispositivo intensificazione di luce notturna.

Il livello di contrasto visivo richiesto dipende dalla tecnologia impiegata. La visione dei contrasti aumenta quando e' massimizzata la differenza di riflettenza che rende gli oggetti piu' distinguibili. La maggior parte degli sfondi naturali riflette piu' prontamente l'infrarosso che la luce visibile. I dispositivi di 3ª Gen., con la loro alta risposta IR, procurano un'immagine piu' chiara e' piu' ricca di informazioni rispetto alle precedenti generazioni di intensificatori di luce notturna.

La termo immagine offre numerosi vantaggi sul campo rispetto ai dispositivi ad intensificazione di luce notturna.
Avendo riconosciuto cio', l'esercito degli Stati Uniti sta sostituendo tutti i cannocchiali ad intensificazione di luce notturna in uso sulle armi leggere, con cannocchiali termici notturni.

Il cannocchiale notturno termico AN/PAS-13 (TWS), progettato in collaborazione con l'esercito, e' stato programmato per sostituire i cannocchiali per arma AN/PVS-4 e AN/TVS-5 ora in uso.

AN/PAS-13 e' stato selezionato anche come cannocchiale per il Army's Land Warrior Program.

AN/PAS-13 e' estremamente versatile e puo' essere utilizzato per numerose applicazioni militari, incluse le piccole armi, per la sorveglianza, per l'inseguimento, la ricerca ed il salvataggio.

AN/PAS-13 e' fornito di ottiche intercambiabili, reticoli programmabili elettronicamente ed un telemetro laser modulare e staccabile per il fire control del reticolo. Un'uscita video RS-170 lo rende compatibile con il moderno sistema la visione digitale del campo di battaglia.

Sebbene le termocamere a volte non abbiano la risoluzione dei dispositivi ad intensificazione di luce notturna, esse offrono un'immagine dettagliata anche in condizioni non propriamente ideali. Questo avviene perche' le termocamere non hanno bisogno del contrasto visivo per discernere gli oggetti.

Mentre la nebbia ed altre forme di precipitazioni degradano l'immagine IR, le termocamere possono vedere attraverso la foschia, le nubi, il fumo, la pioggia e molte strutture mimetiche. Le persone, gli equipaggiamenti ed altri oggetti possono essere separati dagli sfondi confusi e dal fogliame.
Le termocamere presentano informazioni sull'ambiente che non saranno mai disponibili con nessun grado di amplificazione della luce. Le termocamere offrono all'operatore la possibilita' di vedere gli obiettivi ad una distanza maggiore di quella concessa da dispositivi che si basano sull'intensificazione d'immagine. Il range di rilevamento dipende dalla dimensione dell'oggetto e dal contrasto termico, quindi, generalmente, i sistemi portatili e quelli impiegati per armi leggere permettono all'operatore di individuare un uomo ad una distanza di circa 700 metri o piu'. Questa caratteristica delle termocamere aumenta le possibilita' di sopravvivenza sul campo di battaglia.

Le termocamere non sono sensibili alla luminosita', non vengono abbagliate e non si spengono, come avviene invece ai dispositivi ad intensificazione di luce notturna (in particolare quelli di I Generazione) quando sono esposti ad una luce intensa, dal momento che esse non rilevano la luce ma energia infrarossa.

Da un punto di vista tattico, la termo immagine consente all'operatore di condurre a termine la propria missione con efficienza e sicurezza.

A differenza dei dispositivi ad intensificazione di luce notturna, i sistemi a termo immagine possono essere usati per vedere attraverso il buio totale, in avverse condizioni climatiche e attraverso gli oscuranti del campo di battaglia.

Nonostante la termo immagine abbia numerose applicazioni, l'intensificazione d'immagine e' ancora il metodo di visione notturna migliore quando e' richiesta un'immagine ad alta risoluzione e quando e' necessaria l'identificazione di una persona. Per questa ragione, i cannocchiali termici per arma sono usati raramente dalle forze di sicurezza S.W.A.T., perche' e' troppo alto il rischio di non identificare correttamente l'obiettivo. Un'altra seria limitazione della termo immagine e' che non puo' essere usata per vedere attraverso barriere trasparenti, come ad esempio i vetri delle finestre. L'intensificazione d'immagine e' l'unico tipo di visione notturna che lavora per questo scopo.

Applicazioni nelle forze di sicurezza

La termo immagine viene utilizzata sempre di piu' dalle forze di sicurezza in una vasta gamma di applicazioni. Attualmente, la Law Enforcement Thermographer's Association (LETA) riconosce 11 applicazioni ufficiali per l'uso della termografia.

Sara' difficile vedere un cannocchiale termico su ogni fucile nel prossimo futuro ma si vedra' sicuramente una notevole diffusione della termo immagine negli eserciti e nelle forze di sicurezza di tutto il mondo.